способ получения битумного вяжущего для кровельных материалов

Формула изобретения

Способ получения битумного вяжущего для кровельных материалов окислением смеси тяжелых остаточных нефтяных фракций и дистиллятов вакуумной перегонки мазута, отличающийся тем, что в качестве сырья окисления используют смесь "затемненного" продукта вакуумной разгонки мазута - фракции, выкипающей в пределах 420-470^oС и имеющей выход до 500^oС не менее 25 об.%, и фракции вакуумного газойля, выкипающей в пределах 330-530^oС, взятых в соотношениях 99: 1-80:20, и окисление проводят при температуре 200-280^oС, расходе воздуха 90-110 м²/ч на 1 т сырья и времени окисления 4-7 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтехимической промышленности и касается способа получения битумного вяжущего для кровельных материалов (кровельного битума) окислением остатков переработки нефти.

Известно, что производство кровельного и покровного битумов основано на окислении кислородом воздуха при повышенных температурах и небольшом избыточном давлении тяжелых остаточных фракций, полученных при перегонке нефти.

Кровельные битумы отличаются от других марок высокой пластичностью, которая обеспечивается за счет вовлечения в состав сырья высококипящих масляных фракций. Как правило, такое сырье представляет из себя смесь гудрона, т. е. фракции с температурой начала кипения выше 450^oС (450-К.К.^oС) и вакуумного дистиллята с пределами выкипания 400-450^oС (500^oС). Вакуумный дистиллят 400-450^oС (500^oС) одновременно является сырьем для производства высококачественных моторных и других видов масел и использование его в этом направлении экономически более целесообразно.

Известен способ получения кровельного битума путем окисления нефтяного сырья с условной вязкостью ВУБ₈₀ до 22 с кислородом воздуха при температуре 240-260^oС (Р.Б.Гун. Нефтяные битумы. М., Химия, 1976). Окисление таких смесей ведут при температуре 220-260^oС с целью доведения качества окисленного продукта до требований ГОСТ 9548-74 на кровельные нефтяные битумы - пропиточные и покровные, применяемые для производства кровельных материалов. Соотношение "гудрон: вакуумная фракция" в известном способе составляет 8040-2060 и определяется условной вязкостью смесевого сырья, которая не должна превышать ВУБ₈₀ 20 с.

Недостатком известного способа является то, что этот способ возможен только при окислении остатков специальных нефтей или их смесей с вакуумными фракциями, имеющими кинематическую вязкость при 100^oС не ниже 8 мм²/с.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения битумного вяжущего для кровельных материалов путем окисления сырья, представляющего собой смесь гудрона, полученного вакуумной перегонкой мазута Западно-Сибирских нефтей с содержанием Ухтинской нефти до 30%, и вакуумного газойля - узкой масляной фракции, выкипающей в пределах 430-490^oС, взятых в соотношениях, обеспечивающих результирующую вязкость смесевого сырья не выше 15 с. Из вакуумных погонов оптимальной по качеству является IV масляная фракция с условными пределами выкипания 450-500^oС и вязкостью при 100^oС не выше 8 мм²/с (В.В. Фрязинов и др. Способ получения битумов с широким интервалом пластичности. М. , Нефтепереработка и нефтехимия, 9, 1979). Использование этого погона как компонента окисляемого сырья обеспечивает получение битумов с достаточно высокой пластичностью при сохранении на допустимом уровне других показателей качества битумов и высоком выходе целевого продукта. Оптимальным сырьем для получения покровных кровельных битумов по ГОСТ 9548-74 из Западно-Сибирских и Урало-Поволжских нефтей является смесь гудрона и вакуумного погона (IV масляная фракция), в которой доля последнего составляет от 20 до 50%.

Недостатком способа, принятого за прототип, является необходимость использования в качестве компонента сырья битумных установок ценных масляных дистиллятов, в результате чего сокращаются ресурсы дефицитных смазочных материалов.

Целью предлагаемого изобретения является получение битумного вяжущего для кровельных материалов с высокой пластичностью при сохранении на требуемом уровне других показателей качества и высоком выходе целевого продукта - битума, а также упрощение способа его получения, снижение энергетических затрат и расширение сырьевых ресурсов производства нефтяных масел.

Поставленная цель достигается тем, что смесь тяжелых остаточных нефтяных фракций и дистиллятов вакуумной перегонки мазута подвергают окислению, причем в качестве сырья окисления используют смесь "затемненного продукта" вакуумной перегонки мазута - фракции, выкипающей в пределах 420-470^oС и имеющей выход до 500^oС не менее 25 об.%, и фракции вакуумного газойля, выкипающей в пределах 330-530^oС, взятых в соотношениях 99:1-80:20, с окислением полученного сырья при температуре 200-280^oС, расходе воздуха 90-110 м³/ч на 1 т сырья и времени окисления 4-7 ч.

Существенным отличительным признаком предлагаемого способа является то, что в качестве сырья окисления используют смесь "затемненного" продукта вакуумной перегонки мазута - фракции, выкипающей в пределах 420-470^oС и имеющей выход до 500^oС не менее 25 об.%, и фракции вакуумного газойля, выкипающей в пределах 330-530^oС, взятых в соотношениях 99:1-80:20, с окислением полученного сырья при температуре 200-280^oС, расходе воздуха 90-110 м³/ч на 1 т сырья и времени окисления 4-7 ч.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных технических решений по способам получения битумного вяжущего для кровельных материалов (кровельного битума) окислением остатков переработки нефти позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявленного способа, то есть о соответствии заявляемого способа требованиям изобретательного уровня.

Способ осуществляют следующим образом. Для получения сырья битумного вяжущего для кровельных материалов остаток перегонки нефти - мазут с температурой начала кипения не ниже 300^oС подвергают вакуумной перегонке при остаточном давлении 2-4 кПа с получением фракций, выкипающих в пределах Н.К. - 330-360^oС; 330-530^oС и остатка - гудрона. Из нижней части колонны боковым погоном выводится "затемненный" продукт - фракция, выкипающая в пределах 420-470^oС и имеющая выход до 500^oС не менее 25 об.% и вязкость до 16 с, а из куба колонны - гудрон с вязкостью ВУБ₈₀ 100-200 с. "Затемненный" продукт вакуумной перегонки мазута - фракцию, выкипающую в пределах 420-470^oC и имеющую выход 500^oC не менее 25 об.%, смешивают с фракцией вакуумного газойля, выкипающей в пределах 330-530^oС, в соотношении 99:1-80:20 таким образом, чтобы обеспечить условную вязкость сырьевой смеси, поступающей на окисление, в пределах от 9 до 14 с.

Окисление сырьевой смеси проводят в аппаратах непрерывного или периодического действия колонного типа при температуре 200-280^oС, подаче воздуха 90-110 нм³/ч на 1 т сырья и времени окисления 4 -7 ч. Корректировку режима окисления проводят по качеству продукта окисления из колонны или реактора по значению показателя "температура размягчения" или "глубина проникновения иглы".

Преимущества предлагаемого способа иллюстрируются приведенными ниже примерам.

Пример 1 (прототип)

Гудрон - остаточный продукт с вязкостью до 200 с вакуумной перегонки смеси Западно-Сибирской и Ухтинской нефтей, взятых в соотношении 70:30, смешивают с узкой масляной фракцией, выкипающей в пределах 420-490^oС, в соотношении 60: 40, обеспечивающем условную вязкость сырьевой смеси не выше 14 с и температуру вспышки не ниже 230^oС.

Полученное сырье подвергают окислению в аппаратах колонного типа при времени окисления 7 ч, температуре 240^oС и подаче воздуха 90 м³/ч на 1 т сырья. Процесс окисления в колонне контролируют по показателю "температура размягчения", которая должна быть не выше 43^oС.

Продукт окисления - битумное вяжущее для кровельных материалов (нефтяной кровельный битум) соответствует требованиям ГОСТ 9548 на марку 45/190. Однако он характеризуется низким индексом пенетрации, что свидетельствует о предельном уровне пластичности (табл. 1-4).

Пример 2

Смесь Западно-Сибирской и Ухтинской нефтей в соотношениях 70:30-99:1 подвергают переработке с получением топливных дистиллятов, фракции вакуумного газойля, выкипающей в пределах 330-530^oC, "затемненного" продукта вакуумной разгонки мазута - фракции, выкипающей в пределах 420-470^oС с условной вязкостью при 80^oС до 16 с и имеющей выход до 500^oC не менее 25 об.%, и гудрона с ВУБ₈₀ ^oС 100-200 с.

Выход "затемненного" продукта на мазут составляет 6 мас.%. Полученный "затемненный" продукт-фракцию, выкипающую в пределах 420-470^oС и имеющую выход до 500^oC не менее 25 об.%, смешивают с фракцией вакуумного газойля, выкипающей в пределах 330-530^oС, в соотношении 99:1 и подвергают окислению при температуре 200^oС в аппаратах колонного типа с временем окисления 7 ч с подачей воздуха 90 м³/ч на 1 т сырья. Процесс окисления в колонне контролируют по показателю "температура размягчения", которая должна быть не ниже 43^oС.

Продукт окисления - битумное вяжущее для кровельных материалов (нефтяной кровельный битум) - соответствует по качеству требованиям ГОСТ 9548 на марку БНК 45/190 и имеет индекс пенетрации +1,3, что свидетельствует о его высокой пластичности (табл. 1-4).

Пример 3

Компоненты сырья окисления получены аналогично описанию примера 2 и смешаны в соотношении: "затемненный" продукт вакуумной разгонки мазута - фракция, выкипающая в пределах 420-470^oC и имеющая выход до 500^oC не менее 25 об.% - взято 80 мас.%, фракция вакуумного газойля, выкипающая в пределах 330-530^oC - 20 мас.%. Сырье подвергнуто окислению в условиях, аналогичных примеру 2, при температуре 280^oС, времени окисления 4 ч с подачей воздуха 110 м³/ч на 1 т сырья.

Продукт окисления - битумное вяжущее для кровельных материалов (нефтяной кровельный битум) - соответствует по качеству требованиям ГОСТ 9548 на марку БНК 45/190 и имеет индекс пенетрации +1,9, что свидетельствует о его высокой пластичности (табл. 1-4).

Пример 4

Компоненты, полученные аналогично примеру 2, смешивали в соотношении: "затемненный" продукт вакуумной разгонки мазута - фракция, выкипающая в пределах 420-470^oC и имеющая выход до 500^oC не менее 25 об.% - взято - 99,5 мас.%, фракция акуумного газойля, выкипающая в пределах 330-530^oC - 0,5 мас. %, и полученное сырье подвергали окислению в условиях примера 2. Продукт окисления имел индекс пенетрации -0,1, что не соответствует требованиям ГОСТ 9548 на кровельный битум марки БНК 45/190(табл. 1-4).

Пример 5

Компоненты, полученные аналогично примеру 2, смешивают в соотношении: "затемненный" продукт вакуумной разгонки мазута - фракция, выкипающая в пределах 420-470^oC и имеющая выход до 500^oC не менее 25 об.% - взято - 79 мас. %, фракция вакуумного газойля, выкипающая в пределах 330-530^oC, - 21 мас. %. Полученное сырье имело температуру вспышки 218^oС, что не соответствует требованиям ГОСТ 9548 на качество сырья для кровельного битума.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения битумного вяжущего для кровельных материалов (кровельного битума) окислением смеси "затемненного" продукта вакуумной разгонки мазута - фракции, выкипающей в пределах 420-470^oC и имеющей выход до 500^oC не менее 25 об.%, и фракции вакуумного газойля, выкипающей в пределах 330-530^oС, взятых в соотношениях 99: 1-80:20, позволяет повысить пластичность битума (выше пенетрация при той же температуре размягчения по КиШ на 40-50%), увеличить индекс пенетрации битума на 70-95% при той же температуре размягчения по КиШ, уменьшить время окисления в 1,6 раза при лучшем качестве получаемого продукта, снизить удельные энергозатраты на 10%.